简述磁共振原理

一、磁共振成像基本原理

1．磁共振现象微观领域中的核子都有自旋的特性。核子的自旋产生小磁矩，类似于

小磁棒。质子数或中子数至少有一个为奇教的大量原子核可在静磁场中体现出宏观磁化

来，其磁化矢量与静磁场同向。而每单个原子核在静磁场中做着不停的进动运动（一方面不

断自旋，同时以静磁场为轴做圆周运动），进动频率(precession frequency)（即质子每秒进动的次数）为(00一/Bo，7为原子核的旋磁比(对于每一种原子核，7是一个常数且各不相同，如氢质子7值为42. 5MHz/T)，Bo为静磁场的场强大小。人体含有占比重70%以上的水，又由于氢质子磁矩不为零，这些水中的氢质子是磁共振信号的主要来源，其余信号来自脂肪、

蛋白质和其他化合物中的氢质子。

对静磁场中的质子群沿着垂直于静磁场的方向施加某一特定频率的电磁波——其频率在声波范围内，故称为射频(radio frequency，RF)-原来的宏观磁化就会以射频场为轴发生偏转（章动），其偏转角度取决于射频场的施加时间、射频强度和射频波形。当然，一个关键条件是：射频的频率必须与静磁场中的质子的进动频率一致。宏观磁化发生章动的实质是质子群中一部分质子吸收了射频的能量，使自己从低能级跃迁到了高能级。这种现象即称为原子核的磁共振现象。如果将此时的宏观磁化进行二维分解，会发现射频激励的效果是使沿静磁场方向的磁化矢量（纵向磁化）减小，而垂直于静磁场方向的磁化（横向磁化）增 大了。RF脉冲有使进动的质子同步化的效应，质子同一时间指向同一方向，处于所谓“同相”，其磁化矢量在该方向上叠加起来，即横向磁化增大。使质子进动角度增大至90。的RF脉冲称为90。脉冲，此时纵向磁化矢量消失，只有横向磁化矢量。同样还有其他角度的RF脉冲。质子的进动角度受RF脉冲强度和脉冲持续时间影响，强度越强、持续时间越长，质 子的进动角度越大，且强RF脉冲比弱RF脉冲引起履子进动角度改变得要快。

磁共振原理图

射频线圈用于发射射频脉冲和接收MR信号。射频线圈根据结构和用途可分为以下几种类型。

1 、QD正交线圈 可用于发射和接收。正交线圈的两个线圈正交放置，彼此独立不会引起相互干扰，可同时获取图像信号，使信息量增加，图像质量提高，扫描视野加大。如头线圈、体线圈、膝关节线圈等。

2 、表面线圈 只用于接收MR信号，需配相应的发射线圈使用，如体线圈。表面线圈可以近距离放置于受检部位，局部信号增强，但扫描视野较小。如颈椎线圈、胸椎线圈、TMJ线圈等。

3 、特殊用途线圈 用于磁共振频谱测定的特定元素频谱线圈和全脊柱检查的相控阵线圈等。

核磁共振仪的基本结构 ★

核磁共振仪的示意图如图所示：

仪器的核心部分为探头，置于磁铁的两极之间。测试的样品放在此处。

磁体提供一定强度的磁场，使核磁矩发生空间量子化。永久磁铁和电磁铁的磁场强度的上限约为2.5T（即100MHz）。要想提高场强，必须使用低温超导磁体，低温是通过液氮来维持。

仪器的主要部件是三组线圈：

R为照射线圈，提供一定频率的电磁波；Helmholtz线圈为扫场线圈，其通直流电所产生的附加磁场用以调节磁场的强度；D为接收线圈，与放大器和记录系统相连。这三组线圈互相垂直，互不干扰。若所提供的照射频率和磁场强度满足某种原子核的共振条件时，则该核发生能级跃迁，核磁矩方向改变，在接收线圈D中产生感应电流（不共振时无感应电流）。感应电流被放大、记录，即得核磁共振信号。

※ 质子带正电荷，具有自旋性。因此，他们有一个磁场， 可

看作是一个小磁棒。

※ 把质子放入强磁场时，它们就沿着外磁场的方向排列，一些平行（指向上），一些反平行（指向下）。

※ 质子并非静止不动，而是围绕着磁力线进动，外磁场越强，进动频率就越高，它们之间的关系可用Larmor方程说明。

※ 反平行与平行质子的磁力可相互抵消。但有多余的平行的处于低能级的质子（指向上方）残留下来，它们的磁力不被抵消。这些质子都指向上方，它们的磁力叠加起来指向外磁场的方向。因此，当我们把病人放入MR磁体内时，病人有自己的磁场，这一磁场纵向于MR磁体磁场，因为是纵向，所以，它不能被直接测得。

※ 与质子进动频率相同的射频脉冲，能引起共振，把能量传给质子，致使较多的质子处于反平行状态，这就中和/抵消了平行状态的质子。结果：纵向磁化减少。

※ RF（radio frequency）脉冲也引起质子同步、同向进动，结果产生一个新的磁矢量，即横向磁化。

※ 当中止RF脉冲后

——纵向磁化再次增加，纵向弛豫由时间常数T1表示，即纵向弛豫时间。

——横向磁化减少和消失，横向弛豫由时间常数T2表示，即横向弛豫时间。纵向弛豫时间与横向弛豫时间是不同的，不依赖进动。

※ T1受什么影响？

T1依赖组织的成分、结构和环境。T1弛豫伴有热能的交换，即质子把热能传到它们的周围（晶格）。

当晶格由纯液体组成时，质子难于丢失它们的能量，因为小的水分子运动太快。处于高能级状态的质子不那把它们的能量迅速传给周围晶格，只能慢慢地回到原来的低能级水平，即纵向排列。因此，纵向磁化重新出现需要较长时间，这意味着液体/水具有长T1s。

※ 脂肪为什么是短T1？

脂肪酸末端的碳键接近Larmor频率，所以能量转递十分有效。

※ 为什么在较强磁场中T1变长？

进动频率依赖场强，如果场强较强，进动就较快，这样要把能量传给缓慢的波动的晶格磁场就较困难。

※ 什么影响T2？

一、磁共振成像基本原理

1．磁共振现象微观领域中的核子都有自旋的特性。核子的自旋产生小磁矩，类似于

小磁棒。质子数或中子数至少有一个为奇教的大量原子核可在静磁场中体现出宏观磁化 来，其磁化矢量与静磁场同向。而每单个原子核在静磁场中做着不停的进动运动（一方面不

断自旋，同时以静磁场为轴做圆周运动），进动频率(precession frequency)（即质子每秒进动的次数）为(00一/Bo，7为原子核的旋磁比(对于每一种原子核，7是一个常数且各不相同，如氢质子7值为42. 5MHz/T)，Bo为静磁场的场强大小。人体含有占比重70%以上的水，又由于氢质子磁矩不为零，这些水中的氢质子是磁共振信号的主要来源，其余信号来自脂肪、 蛋白质和其他化合物中的氢质子。

对静磁场中的质子群沿着垂直于静磁场的方向施加某一特定频率的电磁波——其频率在声波范围内，故称为射频(radio frequency，RF)-原来的宏观磁化就会以射频场为轴发生偏转（章动），其偏转角度取决于射频场的施加时间、射频强度和射频波形。当然，一个关键条件是：射频的频率必须与静磁场中的质子的进动频率一致。宏观磁化发生章动的实质是质子群中一部分质子吸收了射频的能量，使自己从低能级跃迁到了高能级。这种现象即称为原子核的磁共振现象。如果将此时的宏观磁化进行二维分解，会发现射频激励的效果是使沿静磁场方向的磁化矢量（纵向磁化）减小，而垂直于静磁场方向的磁化（横向磁化）增 大了。RF脉冲有使进动的质子同步化的效应，质子同一时间指向同一方向，处于所谓“同相”，其磁化矢量在该方向上叠加起来，即横向磁化增大。使质子进动角度增大至90。的RF脉冲称为90。脉冲，此时纵向磁化矢量消失，只有横向磁化矢量。同样还有其他角度的RF脉冲。质子的进动角度受RF脉冲强度和脉冲持续时间影响，强度越强、持续时间越长，质 子的进动角度越大，且强RF脉冲比弱RF脉冲引起履子进动角度改变得要快。